Câmeras de TV
TV Digital
Guido Stolfi
Mackenzie
2008
Guido Stolfi
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Sistema Óptico de uma Câmera de TV
Sensor
Varredura
Sinal de
Vídeo
Lente
Amplificador
E
BT
4F
2
E = Iluminamento no anteparo (nits ou candelas/m2)
B = Luminância do objeto (lux ou lumens/m2)
T = Transmitância da lente
F = Abertura da lente (f / d)
Guido Stolfi
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Características de Sensibilidade
• Eficiência Quântica: Porcentagem de fótons
incidentes que provocam sinal elétrico no sensor
• Índice de Exposição (Fotografia):
F2
E I  280
B  TX
B = Luminância para produzir nível branco
Tx = Tempo de Exposição (normalmente 1/30")
F = Abertura da Lente
Guido Stolfi
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Características Qualitativas de uma Câmera
• Definição: relacionada com a resolução espacial
(MTF)
• Reprodução de Tons: fidelidade na reprodução de
escalas de intensidade (Linearidade, fator Gama)
• Reprodução Cromática: limites e precisão das
regiões de cromaticidade (luminância, tonalidade,
saturação)
• Latitude de Exposição: faixa dinâmica (linearidade
em regiões de luz alta e baixa)
Guido Stolfi
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Resposta Espacial e Resolução
Sensor
Varredura
Sinal de
Vídeo
Lente
Amplificador
MTF total =
MTF(sistema óptico)

MTF(sensor)

MTF(varredura)

Resposta do Amplificador / digitalizador
Guido Stolfi
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Lente “Zoom”
Guido Stolfi
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Evolução dos Sensores
Guido Stolfi
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Varredura de Imagens por Disco Rotativo (Paul Nipkov -1884)
Guido Stolfi
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Varredura de uma Imagem por Disco de Nipkov
Guido Stolfi
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John Logie Baird com protótipo de Televisão (~1925)
Guido Stolfi
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Câmera de Varredura Instantânea
• Image Dissector (Farnsworth, 1929)
Guido Stolfi
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Philo T. Farnsworth
e o seu “Image Dissector” (1929)
Guido Stolfi
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Transmissão: “Gato Félix” (1930)
Guido Stolfi
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Câmera de Varredura Cumulativa
• Iconoscópio (Zworykin, 1939)
Guido Stolfi
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Sensor Fotoemissivo
Luz
Incidente
Isolante
Feixe de Elétrons
Glóbulos de
Material Fotoemissivo
Eletrodo
Fotoemissor
Ce
Eletrodo
Coletor
Carga
Feixe de Elétrons
Corrente
Fotoemissiva
Eo
Guido Stolfi
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Iconoscópio
Guido Stolfi
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Iconocópios
Vladimir Kosma Zworykin e seus Iconoscópios
Guido Stolfi
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Transmissão das Olimpíadas de Berlim (1936)
Guido Stolfi
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Sensor Fotocondutivo
Feixe de Elétrons
Luz
Incidente
Material Fotocondutivo
Vidro
Eletrodo Transparente
Ce
Eletrodo
Fotoemissor
Elemento
Fotocondutor
Feixe de Elétrons
Eo
Carga
Guido Stolfi
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Câmera com Sensor Fotocondutivo
Varredura
Feixe de
Elétrons
Carga
Amplificador
Guido Stolfi
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Câmera com Sensor Fotocondutivo
Iluminamento do
Fotocondutor
Ve
1 Quadro
IL
Tempo
Corrente na Carga
Devida a um Elemento de Imagem
Guido Stolfi
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Iconoscópio, Orthicon e Vidicon
Guido Stolfi
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Profundidade de Foco
Guido Stolfi
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Profundidade de Foco
Guido Stolfi
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Sensibilidades Espectrais p/ Fotocondutores
Guido Stolfi
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Câmeras Fotocondutoras
Tipo
Fotocondutor
Aplicações
Desvantagens
Vidicon
Trissulfeto de
Antimônio
Telecinagem;
Baixo Custo
"Lag" (Retardo)
Newvicon
Selenieto de
Zinco
Alta Resolução;
Intrum. Médica
alta corrente no
escuro
Chalnicon
Selenieto de
Cádmio
Sensivel;
Vigilância
"Lag"; alta corrente
no escuro
Saticon
Liga de
Selênio/Arsênic
o/Telúrio
Mais sensível ao
azul; Câmeras
RGB de Estúdio
Ultricon
Matriz de
Fotodiodos de
Silício
Resistência a luz
forte; Circuito
Fechado P/B
"Blooming"
Plumbicon
Óxido de
Chumbo
Tomadas ao Vivo
"Lag", pouca
resposta no
Vermelho
Guido Stolfi
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Câmera a Cores com 3 Sensores
Filtros Corretivos
Sensor Azul
Filtros Dicróicos
Sensor Verde
Filtros Corretivos
Prismas
Sensor Vermelho
Guido Stolfi
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Processamento de Sinal na Câmera de 3 Tubos
Sensores
Correção
de Cor
Correção
Gama
Codificador
Vídeo
Composto
PréAmplificadores
Correção de
MTF
Apagamento
e Limitação
Guido Stolfi
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Câmera a Cores com 1 Tubo
Filtro
Cia no
Filtro
Ama relo
Sa ída com luz
a z ul
Sa ída com luz
vermelha
Sa ída com luz
verde
Guido Stolfi
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Processamento de Sinal p/ Câmera de 1 Tubo
Espectro do Sinal
da Câmera
Luminância
YL
Portadora
vermelho
Portadora
azul
freq.
Y
2.5 MHz
YL
Matriz
G
0.5 MHz
R
3.5 MHz
Detetores
0.5 MHz
B
5.0 MHz
0.5 MHz
Guido Stolfi
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Câmera a Cores de 1 Tubo (Alternativa)
Linha 1
Linha 3
Filtro
Cia no
Filtro
Amarelo
Linha 1
Sa ída
Vermelho
90
o
Linha 3
Linha 1
Sa ída
Az ul
Linha 3
90
o
Guido Stolfi
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Processamento de Sinal
Espectro do Sinal
da Câmera
Luminância Y H
YL
freq.
Portadora Cor
YH
G
t
3.6 MHz
YL
Matriz
0.5 MHz
t
1H
4.2 MHz
t
90
o
R
+
Detetores
0.6 MHz
-
Matriz
B
0.6 MHz
Guido Stolfi
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Sensores CCD
Guido Stolfi
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Dispositivo de Transferência de Carga
1
-
2
3
+
+
4
-
1
-
2
+
• CCD: Charge Coupled Device
Guido Stolfi
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CCD (Charge Coupled Device)
Bell Laboratories, 1970
Guido Stolfi
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Deslocamento das Cargas no CCD
-
1
+
2
3
+
-
4
-
1
2
+
T0
T1
T2
T3
T4
Guido Stolfi
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Estrutura de um Sensor CCD
Registrador vertical
porta de
overflow
1
Sensor
2
Linha Campo Par
3
Sensor
4
Linha Campo Ímpar
1
Sensor
2
3
portas de
transferência
dreno de
overflow
Linha Campo Par
Registrador Horizontal
A
B
C
D
Guido Stolfi
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Operação do Sensor CCD
Porta de Transferência
Porta de Overflow
Dreno
Registrador
Vertical
Integração de Carga
Por Fotocondução
(Período Ativo)
Sensor
Transferência
(Retraço Vertical)
Porta de Overflow
"Overflow" por
excesso de luz
(Período Ativo)
Dreno
Guido Stolfi
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Sensibilidade Espectral de Sensores CCD
A
Iluminação Frontal c/ portas de Poli-Silício
B
Iluminação Posterior
C
Iluminação Frontal "fase virtual"
D
Iluminação Frontal c/ portas transparentes
Guido Stolfi
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Comparações CCD x Tubo
CCD
Tubo
Sensibilidade
f/8 @ 2000 lux
f/4 @ 2000 lux
Iluminamento
Mínimo
7.5 lux
10 lux
Índice de Exposição
~540
~150
Resolução Horzontal
700 linhas
700 linhas
Relação S/R sem
ponderação
60 dB
56 dB
S/R ponderada
68 dB
64 dB
Artifícios de Imagem
"Aliasing", defeitos
lineares
Granulação
Colorimetria
Melhor resposta no
Vermelho
-
Indefinida
~10.000h
Vida Útil
Guido Stolfi
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Sensor CCD Tricromático (RGB)
B
G
R
1 pixel
R
G
B
Guido Stolfi
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Sensor CCD Tricromático (YL - G - CY)
G
CY
1 pixel
YL
YL
G
CY
Guido Stolfi
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Resolução (MTF) do Sensor CCD
W
sen  h f h
Fh
MTF ( f h ) 
Wh

fh
Fh
•Wh = Largura do elemento sensor
•Fh = Frequencia de Amostragem no sentido
horizontal (Sensores/largura da imagem)
•fh = Frequencia espacial (linhas de resolução) na
horizontal
W
sen  v f v
Fv
MTF ( f v ) 
W
 v fv
Fv
•Wv = Altura do elemento sensor
•Fv = Frequencia de Amostragem no sentido
vertical (Sensores/altura da imagem)
•fv = Frequencia espacial (linhas de resolução) na
vertical
Guido Stolfi
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Resolução (MTF) do Sensor CCD
CCD
Tubo
480 linhas
Fv
Guido Stolfi
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Resolução (MTF) do Sensor CCD
Guido Stolfi
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Sensor CCD com Micro-Lentes
Guido Stolfi
46/58
Processamento de Sinal
Guido Stolfi
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Filtros de Separação de Cor
Guido Stolfi
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Características Ideais dos Filtros
Guido Stolfi
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Deslocamento Espacial G / RB
Guido Stolfi
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Deslocamento Espacial G / RB
Guido Stolfi
51/58
Processamento Analógico
Guido Stolfi
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Uniformidade de Campo
(“Shading”)
Guido Stolfi
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Controle Dinâmico de Contraste
Guido Stolfi
54/58
Faixa Dinâmica com Controle de Saturação
Guido Stolfi
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Controle de Nitidez (H/V Enhancement)
Guido Stolfi
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Características Aproximadas por Matrixagem
R
G
B
Resposta Ideal
Resposta dos
Filtros ópticos
Resposta após
Matriz RGB
Guido Stolfi
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Desafios
• Compatibilizar a resposta da câmera de TV com o
processo de filmagem em película, para permitir a
combinação simultânea de material produzido
nesses meios.
• Maximizar a relação Sinal / Ruído apesar da
redução das dimensões do elemento sensor
• Manter reprodução de tons mesmo com
processamento digital
Guido Stolfi
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